Основные характеристики пирометров

Реферат

Основные характеристики пирометров

Содержание

Введение

. Классификация

. Технические характеристики

.1 Основные источники погрешностей

. Принцип работы пирометра

. Применение

Список используемых источников

Приложение

Введение

Пирометры (от греч. руr-огонь и metreo - измеряю), оптический приборы для измерения температуры главным образом непрозрачных тел по их излучению в оптическом диапазоне спектра (длины волн в видимой части 0,4-0,76, в невидимой > 0,76 мкм). Совокупность методов определения с помощью пирометров высоких температур называется пирометрией.

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства (сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль).

При всем разнообразии существующих термометров и датчиков температуры в производстве возникают задачи, которые не под силу современным контактным цифровым термометрам. Оборудование и устройства многих технологических циклов и процессов не позволяют установку контактных датчиков или показывающих приборов для контроля температуры по ряду технических причин, либо установка и монтаж подобных датчиков и приборов затруднена. Ввиду актуальности такой проблемы были разработаны специальные инфракрасные термометры (пирометры), которые могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур в труднодоступных, горячих, вращающихся или опасных местах. Это делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Кроме этого, это очень быстрый способ узнать температуру - типовое время измерения температуры менее 1 секунды.

Один из первых пирометров изобрёл Питер ван Мушенбрук. Изначально термин использовался применительно к приборам, предназначенным для измерения температуры визуально, по яркости и цвету сильно нагретого (раскалённого) объекта. В настоящее время смысл несколько расширен, в частности, некоторые типы пирометров (такие приборы правильнее называть инфракрасные радиометры) измеряют достаточно низкие температуры (0°C и даже ниже).

Развитие современной пирометрии и портативных пирометров началось с середины 60-х годов прошлого столетия и продолжается до сих пор. Именно в это время были сделаны важнейшие физические открытия, позволившие начать производство промышленных пирометров с высокими потребительскими характеристиками и малыми габаритными размерами. Первый портативный пирометр был разработан и произведен американской компанией Wahl в 1967 году. Новый принцип построения сравнительных параллелей, когда вывод о температуре тела производился на основе данных инфракрасного приемника, определяющего количество излучаемой телом тепловой энергии, позволил существенно расширить границы измерения температур твердых и жидких тел.

Примеры приборов представлены в приложении.

1. Классификация

Пирометры можно разделить по нескольким основным признакам:

Оптические. Позволяют визуально определять, как правило, без использования специальных устройств, температуру нагретого тела, путем сравнения его цвета с цветом эталонной нити.

Радиационные. Оценивают температуру посредством пересчитанного показателя мощности теплового излучения. Если пирометр измеряет в широкой полосе спектрального излучения, то такой пирометр называют пирометром полного излучения.

Температурный диапазон

Низкотемпературные. Обладают способностью показывать температуры объектов, обладающих даже отрицательными значениями этого параметра.

Высокотемпературные. Оценивают лишь температуру сильно нагретых тел, когда определение "на глаз" не представляется возможным. Обычно имеют сильное смещение в пользу "верхнего" предела измерения.

Исполнение

Переносные. Удобны в эксплуатации в условиях, когда необходима высокая точность измерений, в совокупности с хорошими подвижными свойствами, например, для оценки температуры труднодоступных участков трубопроводов. Обычно снабжены небольшим дисплеем, отображающим графическую или текстово-цифровую информацию.

Стационарные. Предназначены для более точной оценки температуры объектов. Используются в основном в крупной промышленности, для непрерывного контроля технологического процесса производства расплавов металлов и пластиков.

Визуализация величин

Текстово-цифровой метод. Измеряемая температура выражается в градусах на цифровом дисплее. Попутно можно видеть дополнительную информацию.

Графический метод. Позволяет видеть наблюдаемый объект в спектральном разложении областей низких, средних и высоких температур, выделенных различными цветами.

Вне зависимости от классификации, пирометры могут снабжаться дополнительными источниками питания, а также средствами передачи информации и связи с компьютером или специализированными устройствами (обычно через шину RS-232).

2. Технические характеристики

Показатель визирования пирометра - это отношение расстояния до объекта к размеру измеряемого участка его поверхности. Обычно в пирометрах серии DT параметр D:S равен 8:1. Это означает, что на расстоянии в 15 см диаметр пятна измерения составит около 2 см, на расстоянии 50 см - примерно 6,3 см, на расстоянии 1 метра до объекта - 12,5 см и т.д.

Диапазон рабочих расстояний у пирометра - расстояние до объекта измерения, на котором пирометр показывает температуру с заявленной точностью. Обычно в пирометрах серии DT это расстояние от 0,15 до 5 м. При больших или меньших расстояниях пирометр также работоспособен, но точность измерения температуры при этом падает;

Спектральный диапазон прибора: 8-14 мкм. Это длина волны теплового излучения объекта измерения в инфракрасном, невидимом глазом диапазоне. Этот диапазон выбран не случайно. Благодаря специальному оптическому фильтру на входе прибора, который пропускает только этот диапазон, а остальное излучение от объекта задерживает, им можно пользоваться при солнечном освещении - точно "солнечно слепой" прибор;

Разрешающая способность по температуре - это способность пирометра различать температуру соседних участков объекта измерения. Обычно в пирометрах серии DT это 0,1°C;

Точность. Не путать с разрешающей способностью. Это абсолютное (в градусах) или относительное (в процентах) отклонение измеренной температуры от истинной температуры объекта. Чем ближе температура к краям диапазона, тем ниже точность измерения. Обычно для пирометров это 1-2 градуса или порядка 2%;

Излучательная способность. Одноканальные инфракрасные термометры и пирометры (яркостные, частичного и полного излучения) определяют температуру по величине принятого каналом сигнала. Энергия, которую испускает нагретое тело, зависит не только от температуры этого тела, но и от материала, из которого оно сделано. Различные материалы излучают по-разному, и это учитывается коэффициентом, называемым излучательной способностью. Излучательная способность показывает, какую часть от излучения, испускаемого идеальным излучателем (абсолютно черным телом, АЧТ), находящимся при равной с нашим объектом температуре, излучает наш объект. Значение излучательной способности лежит в пределах от 0,01-0,02 (у полированных металлов) до 0,9-0,98 (дерево, строительные краски, поверхность земли, человеческая кожа и т.д.). В пирометрах серии DT это значение фиксированно и составляет 0,95.

Ресурс работы от автономного источника питания. Приборы серии DT чрезвычайно экономичны. Они работают от элемента напряжением 9V и потребляют небольшой ток только в режиме измерения и подсветки ЖК дисплея. Автоматически выключаются в режиме простоя, в котором потребляют ток, сравнимый с током саморазряда батареи. Поэтому ресурс работы напрямую зависит от количества измерений. Если пользоваться прибором периодически, с перерывами, то батареи может хватить на срок около года или даже более. Прибор не имеет движущихся частей и в идеале будет безотказно работать в течении многих лет - вам нужно будет только изредка заменять батарею питания;

Усреднённые измерения необходимы, когда требуется более высокая точность измерений. Для этого выполняют несколько (обычно от 3 до 7) измерений подряд и находят среднее арифметическое.

.1 Основные источники погрешностей

Самыми важными характеристиками пирометра, определяющими точность измерения температуры, являются оптическое разрешение и настройка степени черноты объекта.

Степень черноты (или коэффициент излучения) характеризует свойства поверхности объекта, температуру которого измеряет пирометр. Этот показатель определяется как отношение энергии, излучаемой данной поверхностью при определенной температуре к энергии излучения абсолютно чёрного тела при той же температуре. Он может принимать значения от 0,1 до близких к 1. Неправильный выбор коэффициента излучения - основной источник погрешности для всех пирометрических методов измерения температуры. На коэффициент излучения сильно влияет окисленность поверхности металлов. Так, если для стали окисленной коэффициент составляет примерно 0,85, то для полированной стали он снижается до 0,075.

3. Принцип работы пирометра

По большому счету любой инфракрасный термометр является идеальным профессиональным диагностическим инструментом для проведения технического обслуживания, обеспечивающим максимальную точность измерения температуры на любом расстоянии.

Принцип действия бесконтактного термометра заключается в измерении силы теплового излучения, исходящего от объекта преимущественно в диапазонах видимого света и инфракрасного излучения.

Изначально термин "пирометр" использовался для обозначения прибора, предназначенного для измерения температуры по яркости предельно нагретого предмета. На сегодняшний день понятие несколько расширилось, поскольку, с развитием технологий появились абсолютно новые приборы - инфракрасные.

Пирометр позволяет на ранней стадии диагностировать процессы перегрева частей и деталей оборудования, осуществлять непрерывный мониторинг разогрева наиболее нагруженных элементов электронных устройств или непрерывных технологических процессов.

4. Применение

пирометр оптический температура погрешность

Инфракрасные термометры применяют в различных отраслях. Сфера их применения достаточно широка:

·    Измерения температур опасных для человеческого организма поверхностей и сред, в том числе, горячих;

·        Измерение температурных показателей недоступных и труднодоступных объектов;

·        Сканирование для поиска холодных или горячих точек;

·        Диагностические работы с электро- и теплооборудованием;

·        Быстрое (мгновенное) определение температуры объектов, которые пребывают в движении;

·        Профилактика и диагностика ж/д и автотранспорта;

·        Поддержание противопожарной безопасности;

·        Контроль и проверка систем кондиционирования, вентиляции и отопления;

·        Электроаудит и электродиагностика;

·        Работы по профилактике оборудования в любой отрасли промышленности.

Очевидно, что измерение температуры современными приборами имеет ряд преимуществ перед обычными термометрами. Измерения возможно проводить без остановки производства или технического процесса. Все измерения температуры производятся с безопасного расстояния. При этом присутствует значительное увеличение производительности труда работников благодаря моментальности измерений.

Список используемых источников

1.      Википедия, свободная энциклопедия. [Электронный ресурс] / Википедия; 2012. - Режим доступа: #"871301.files/image001.jpg">

Переносной пирометр инфракрасного излучения

Стационарный пирометр инфракрасного излучения

Оптический пирометр